近日,美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)雜志ACS Applied Materials & Interfaces(中科院大1區(qū))在線發(fā)表了西南大學(xué)生物學(xué)研究中心夏慶友教授團(tuán)隊(duì)題目為“Fabrication of a Silk Sericin Hydrogel System Delivering Human Lactoferrin Using Genetically Engineered Silk with Improved Bioavailability to Alleviate Chemotherapy-Induced Immunosuppression”的研究論文。
免疫調(diào)節(jié)在疾病抵抗中起著關(guān)鍵的作用,接受化療藥物治療的癌癥患者常伴隨嚴(yán)重的副作用,例如血液白細(xì)胞急劇減少、器官受損等。接受藥物輔助化療,減輕化療對(duì)機(jī)體的損傷是一種可行的治療方式之一。蛋白類(lèi)藥物具有高活性、高特異性和低毒性等特點(diǎn),但蛋白質(zhì)藥物的生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)條件苛刻、來(lái)源困難以及口服生物利用低等問(wèn)題限制了其發(fā)展。因此,能夠解決蛋白生產(chǎn)來(lái)源困難,同時(shí)提高蛋白口服利用率問(wèn)題對(duì)于蛋白質(zhì)藥物的臨床應(yīng)用具有重要意義。
蠶絲是家蠶合成分泌的天然蛋白纖維,具有低免疫原性,良好的生物相容性,以及自組裝等特點(diǎn),常被用于開(kāi)發(fā)藥物傳遞系統(tǒng)。此外,蠶絲腺具有強(qiáng)大的泌絲功能,具備作為生物反應(yīng)器的潛力,利用基因工程技術(shù)可將外源蛋白高效表達(dá)并整合至蠶絲中,既能有效解決外源蛋白來(lái)源和生產(chǎn),同時(shí)又能賦予蠶絲新的生物學(xué)功能和用途。為此,作者利用家蠶絲腺生物反應(yīng)器技術(shù),讓家蠶生物合成出具有免疫功能的重組乳鐵蛋白(Recombinant human lactoferrin,rhLF)蠶絲,實(shí)現(xiàn)rhLF蠶絲的規(guī)模化低成本生產(chǎn)。隨后,作者以rhLF蠶絲為原料開(kāi)發(fā)rhLF絲膠水凝膠,并通過(guò)口服rhLF絲膠水凝膠有效提高了免疫低下小鼠的免疫力(圖1)。
圖1 遺傳改良蠶絲水凝膠提升小鼠免疫力示意圖doi.org/10.1021/acsami.1c08409
研究發(fā)現(xiàn),以遺傳改良的蠶絲制備的絲膠水凝膠能緩釋rhLF,緩解胃腸道環(huán)境對(duì)rhLF的水解,延長(zhǎng)rhLF的體內(nèi)存留時(shí)間,促進(jìn)rhLF在小腸部位吸收,與口服乳鐵蛋白溶液相比,絲膠水凝膠遞送rhLF顯著增強(qiáng)了乳鐵蛋白的生物利用率(圖2)。
圖2 體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)。(A)小鼠口服乳鐵蛋白水凝膠和乳鐵蛋白溶液后血清乳鐵蛋白(rhLF)濃度;(B-C)口服rhLF絲膠水凝膠的生物分布。doi.org/10.1021/acsami.1c08409
進(jìn)一步地,作者將低劑量的rhLF-絲膠水凝膠灌胃免疫力低下的小鼠(環(huán)磷酰胺致免疫抑制),可以重塑小鼠的兩大免疫器官脾臟和胸腺,提高脾臟免疫標(biāo)記物CD3分子的表達(dá),顯著提高小鼠血液淋巴細(xì)胞和白細(xì)胞數(shù)量,提高小鼠碳粒廓清指數(shù)指數(shù)和NK細(xì)胞活性等,達(dá)到與口服高劑量rhLF溶液對(duì)照相當(dāng)?shù)寞熜В▓D3)。
圖3 rhLF絲膠水凝膠對(duì)免疫抑制小鼠胸腺和脾臟的影響。(A)小鼠處理流程圖;(B)各處理組小鼠胸腺;(C)各處理組小鼠胸腺指數(shù);(D)各處理組小鼠脾臟;(E)各處理組小鼠脾臟指數(shù)。CK表示健康小鼠;S、SSH-WT、SSH-rhLF(0.17)、SSH-rhLF(0.34)和STD-rhLF分別表示生理鹽水、WT絲膠水凝膠、rhLF絲膠水凝膠(rhLF濃度為0.17mg/mL)、rhLF絲膠水凝膠(rhLF濃度為0.34mg/mL)和rhLF溶液處理免疫抑制小鼠。doi.org/10.1021/acsami.1c08409
綜上,作者開(kāi)發(fā)的口服型rhLF-絲膠水凝膠具有以下優(yōu)勢(shì)和意義:
1)原材料來(lái)源便捷、高效,通過(guò)飼養(yǎng)轉(zhuǎn)乳鐵蛋白基因的家蠶即可獲得含有乳鐵蛋白的蠶絲;
2)具有高生物相容性,無(wú)論從細(xì)胞還是小鼠均未觀察到任何毒性現(xiàn)象;
3)材料制備便捷性,與傳統(tǒng)的藥物添加制備藥物傳遞系統(tǒng)不同,絲膠水凝膠中的乳鐵蛋白無(wú)需通過(guò)額外添加;
4)顯著提高了口服乳鐵蛋白的生物利用率,為蛋白類(lèi)藥物口服利用提供了理論依據(jù)。
文章第一作者為已畢業(yè)博士許勝(現(xiàn)為廣西醫(yī)科大學(xué)再生醫(yī)學(xué)研究中心博士后),王峰副教授和夏慶友教授為本文共同通訊作者。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(32030103)和重慶市自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體科學(xué)基金(cstc2020jcyj-cxttX0001)的支持。
論文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsami.1c08409
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